JP5444751B2

JP5444751B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP5444751B2
Application number: JP2009037124A
Authority: JP
Inventors: 清安夛
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: JP2010193313A

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

従来、主にレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラでは、撮像素子の前面に配置された光学部材の表面に塵埃などの異物が付着し、撮像素子で撮像された画像に写り込んでしまうという問題が生じていた。そこで、光学部材の表面に圧電素子を貼り付け、この圧電素子を超音波領域の共振周波数で振動させることにより、付着した異物を除去することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４０９８１２０号公報

上記のような光学部材を圧電素子により振動させる装置には、圧電素子に対し共振周波数の駆動電圧（交番電圧）を供給する圧電素子駆動部が設けられている。この圧電素子駆動部を、２つのスイッチング素子とトランスとで構成した場合は、２つのスイッチング素子を交互にオンして、トランスの１次側に巻かれた２つのコイルに交互に電流を流すことにより、トランスの２次側に昇圧された交番電圧を得ることができる。この場合、トランスの１次側に巻かれた２つのコイルに流す電流のデューティ比はほぼ５０％となっている。このため、トランスの２次側に電流が流れていない（２次側の電流は短時間だけ流れる）状態になっても、１次側のコイルには電流が流れることになる。とくに、共振周波数が低くなるにつれて、このような無効な電流が流れる時間が長くなる。

本発明の課題は、圧電素子の駆動時に流れる無効な電流を抑制することができる撮像装置を提供することにある。

本発明は、被写体像を光電変換面で光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の前記光電変換面側に位置する光学部材と、前記光学部材を振動させる振動素子と、所定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号生成手段で生成された前記駆動信号に基づいて電源電圧を昇圧し、前記振動素子を振動させるための交番電圧を前記振動素子に出力する振動素子駆動手段と、前記振動素子駆動手段において、前記振動素子の振動に寄与しない電流が流れないように、前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号のデューティ比を制御する駆動信号制御手段と、を備え、前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号のうち、低周波数の駆動信号に対してデューティ比を制御すること、を特徴とする撮像装置に関する。
また、前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号において、前記振動素子の振動に寄与しない信号成分の少なくとも一部を削減することにより、前記駆動信号のデューティ比を制御することが好ましい。
また、前記駆動信号生成手段で生成される前記駆動信号は矩形波信号であることが好ましい。
また、撮像装置は、電池の残容量を検出する電池容量検出手段を備え、前記駆動信号制御手段は、前記電池容量検出手段により検出された電池の残容量が所定閾値未満である場合に、前記駆動信号のデューティ比を制御することが好ましい。

本発明によれば、圧電素子の駆動時に流れる無効な電流を抑制することができる撮像装置を提供することができる。

実施形態に係わるカメラの構成を示すブロック図である。振動ユニットの構成を示す斜視図である。駆動信号生成部及び圧電素子駆動部の構成を示すブロック図である。駆動信号生成部及び圧電素子駆動部の動作を説明するためのタイムチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係わる撮像装置の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係わるカメラ１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、カメラ１は、被写体の画像を撮像、記録する構成として、被写体光が入射する撮像部２と、撮像部２から出力された画像信号に各種処理を行う画像データ処理部３と、処理された画像信号を記録する記録部４とを備えている。また、カメラ１は、ユーザが操作を行う操作部５と、メモリ６と、電源容量検出部７と、カメラ内の各部を制御するカメラ制御部８とを備えている。また、カメラ１には、撮影レンズを備えた不図示のレンズ鏡筒が着脱可能に装着されており、いわゆるレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラとして構成されている。なお、図１において、測光、測距に関する構成の図示、光学系に関する構成の図示及び液晶モニタやフラッシュ撮影のための照明装置などの図示は省略する。

撮像部２は、撮像した被写体像を光電変換する回路である。撮像部２は、撮像素子１２と、光学部材１３と、振動ユニット１４とを備えている。撮像素子１２は、撮像した被写体像を光電変換面で光電変換する部分であり、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの素子で構成されている。光学部材１３は、撮像素子１２の前面に設けられ、撮像素子１２の光電変換面上に被写体像を結像させる部分である。

振動ユニット１４は、後述する圧電素子駆動部１１からの交番電圧の印加により光学部材１３を振動させる部分である。ここで、振動ユニット１４の構成について簡単に説明する。図２は、振動ユニット１４の構成を示す斜視図である。振動ユニット１４は、光学部材１３の前面側の左右両端部に、この光学部材１３を振動させる振動素子として一対の圧電素子１５、１６が設置されている。各圧電素子は板状に形成されており、光学部材１３における有効撮影領域外の左右両端部にそれぞれ接着により貼り付けられている。

また、圧電素子１５、１６の端部には、フレキシブルプリント基板１７、１８が接続されている。これらフレキシブルプリント基板１７、１８は圧電素子駆動部１１（図１）と電気的に接続されている。圧電素子駆動部１１から所定共振周波数の交番電圧がフレキシブルプリント基板１７、１８を通じて圧電素子１５、１６に印加されると、圧電素子１５、１６の振動とともに光学部材１３が共振して振動が発生する。この振動により光学部材１３の表面に付着した異物が除去されることになる。

画像データ処理部３は、撮像部２から出力された画像信号を増幅し、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、輪郭強調、レベル調整などの各種画像処理を行うものである。

記録部４は、画像データ処理部３で各種の処理が施された画像信号を、ＣＦカード、ＳＤカードなどの着脱可能な不図示の記録媒体に記録するものである。

操作部５は、ユーザがカメラ制御部８に対して各種の操作を行うための入力手段であり、不図示のレリーズボタンやセレクタダイアル、電源スイッチなどの操作部材により構成されている。

メモリ６は、ユーザ設定などの入力情報、カメラ制御部８を制御するためのプログラム、このプログラムの実行に必要な初期値や設定値などに関するデータが記憶される不揮発性メモリである。また、図示していないが、カメラ制御部８が演算処理を実行する際に必要なデータや画像信号などが一時的に記憶される揮発性メモリを備えている。

電源容量検出部７は、図示しない電池室に装填された電池の残容量を検出する部分である。検出した残容量の情報をカメラ制御部８へ送信している。

カメラ制御部８は、上記各部を統括的に制御する集積回路であり、マイクロプロセッサなどで構成されている。カメラ制御部８は、ユーザが操作部５のレリーズボタンを半押しすることによりオートフォーカス（ＡＦ）動作の実行信号が送信されると、撮像部２の出力に基づいて、自動的に主要な被写体にピント合わせを行うＡＦ制御と、自動的に露出を合わせるＡＥ（自動露出）制御とを行う。そして、ユーザがレリーズボタンを全押しすることにより撮影開始信号が送信されると、不図示の絞り機構やシャッタなどを所定のタイミングで駆動して、撮像部２において被写体光を撮像させる制御を行っている。

また、カメラ制御部８は、カメラ１の電源がオン又はオフされたとき、又は操作部５により所定のユーザ操作が行われたときに、複数種類の共振周波数により振動ユニット１４を駆動して光学部材１３を振動させる異物除去処理を実行する駆動信号制御部９を備えている。

また、カメラ１は、上記の異物除去処理を実行する際に、所定の共振周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成部１０と、この駆動信号生成部１０で生成された駆動信号に基づいて駆動用の電源電圧を昇圧し、圧電素子１５、１６を振動させるための交番電圧を出力する圧電素子駆動部１１とを備えている。駆動信号制御部９は、圧電素子駆動部１１において、圧電素子１５、１６の振動に寄与しない電流が流れないように、駆動信号生成部１０で生成される駆動信号のデューティ比を制御するようにしている。なお、このような駆動信号制御部９によるデューティ比の制御は、電源容量検出部７で検出された電池の残容量が所定閾値未満である場合に実行される。

図３は、駆動信号生成部１０及び圧電素子駆動部１１の構成を示すブロック図である。駆動信号生成部１０は、周波数生成部１９と、デューティ比変更部２０とで構成されている。周波数生成部１９は、不図示の発振回路を備え、駆動信号制御部９の制御により、所定の共振周波数の駆動信号を生成する。この周波数生成部１９では、位相を半周期ずらした２つの駆動信号を生成している。デューティ比変更部２０は、駆動信号制御部９の制御により、周波数生成部１９で生成された駆動信号ｖ１、ｖ２のうち、圧電素子１５、１６の振動に寄与しない信号成分を削減することにより、駆動信号ｖ１、ｖ２のデューティ比を変更するものである。このデューティ比変更部２０から出力される駆動信号ｖ１、ｖ２は、圧電素子駆動部１１に出力される。なお、駆動信号生成部１０は、駆動信号制御部９により制御される専用ＩＣにより構成されている。

圧電素子駆動部１１は、２つのスイッチング素子２３、２４を備えたスイッチング回路２１と、１次側に供給された電圧を昇圧して２次側に出力するトランス２６を備えた昇圧回路２５とで構成されている。スイッチング回路２１のスイッチング素子２３、２４のゲート端子に、駆動信号生成部１０から、位相が半周期ずれた駆動信号ｖ１、ｖ２が入力すると、昇圧回路２５のトランス２６の１次側に巻かれたコイル２７には、半周期毎に交互に１次電流ｉ１、ｉ２が流れる。この結果、トランス２６の２次側に巻かれたコイル２８には、昇圧された交番電圧Ｖｏｕｔが出力される。この交番電圧Ｖｏｕｔは、半周期毎に極性が反転する交流電圧として振動ユニット１４の圧電素子１５、１６に供給される。

図４は、上述した駆動信号生成部１０及び圧電素子駆動部１１の動作を説明するためのタイムチャートである。図４において、（ａ）は圧電素子１５、１６の電圧、電流を示している。すなわち、Ｖｏｕｔは、昇圧回路２５の２次側に印加される交番電圧の電圧波形であり、Ｉｏｕｔは、昇圧回路２５の２次側に流れる交番電流（２次電流）の電流波形である。（ｂ）〜（ｄ）は昇圧回路２５の１次側に流れる１次電流ｉ１、ｉ２の電流波形を示している。このうち（ｂ）、（ｃ）は、比較のために従来の昇圧回路の１次側に流れる１次電流ｉ１、ｉ２の電流波形を示している。また、（ｄ）は本実施形態の昇圧回路２５の１次側に流れる１次電流ｉ１´、ｉ２´の電流波形を示している。（ｅ）は圧電素子駆動部１１に供給される駆動信号ｖ１、ｖ２の電圧波形を示している。

従来は、（ｂ）に示すように、昇圧回路２５の１次電流ｉ１、ｉ２のデューティ比を、（ａ）に示すＶｏｕｔの期間ｔ１（一周期）に合わせて５０％としていた。一方、Ｉｏｕｔは実質的に期間ｔ２しか流れないため、（ｃ）に示すように、昇圧回路２５の１次電流ｉ１、ｉ２において、斜線部は圧電素子１５、１６の振動に寄与しない無効な電流となる。すなわち、（ａ）に示すように、昇圧回路２５の２次側ではＩｏｕｔが期間ｔ２しか流れなくても、Ｖｏｕｔは半周期に亘って印加されるため、（ｃ）に示す斜線部の電流は、圧電素子１５、１６の振動に寄与してないことになる。このような圧電素子１５、１６の振動に寄与しない斜線部の電流は、共振周波数が低くなるにつれて多くなる。

これに対して、（ｄ）に示すように、本実施形態では、実質的にＩｏｕｔが流れる期間ｔ２に基づいて、昇圧回路２５に１次電流ｉ１´、ｉ２´が流れる期間ｔ３を設定するとともに、１次電流ｉ１´、ｉ２´がこの期間ｔ３だけ流れるように、圧電素子駆動部１１に供給される駆動信号ｖ１、ｖ２のデューティ比を変更するようにしている。すなわち、駆動信号制御部９は、周波数生成部１９で生成された駆動信号ｖ１、ｖ２のうち、圧電素子１５、１６の振動に寄与しない、（ｃ）の斜線部に相当する信号成分を削減することにより、駆動信号ｖ１、ｖ２のデューティ比を変更している。

これによれば、（ａ）のように昇圧回路２５の２次側に印加される交番電圧Ｖｏｕｔの電圧波形を損なうことなしに、昇圧回路２５の１次側に流れる１次電流ｉ１´、ｉ２´において無効な電流が流れるのを抑制することができる。

上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）駆動信号生成部１０で生成される駆動信号ｖ１、ｖ２のデューティ比を制御することにより、昇圧回路２５の１次側に流れる無効な電流を抑制することができる。これによれば、圧電素子１５、１６の振動時に、昇圧回路２５のトランス２６に無効な電流が流れることでトランス２６が熱くなることを防ぐことができる。特に、異物除去処理を頻繁に実施した場合はトランス２６が熱くなり、異物除去処理の実施頻度を制限することも考えられるが、本実施形態によれば、トランス２６が熱くなるのを必要最小限に抑えることができるので、従来よりも異物除去処理の実施回数を増やすことが可能となる。また、昇圧回路２５の１次側に流れる無効な電流を抑制することができるため、異物除去処理の動作に必要な電力消費を抑えることができる。
（２）共振周波数の低い駆動信号で駆動した場合は、昇圧回路２５の１次側に圧電素子１５、１６の振動に寄与しない電流が多く流れるため、このような共振周波数の低い駆動信号のデューティ比を制御することにより、昇圧回路２５の１次側に流れる無効な電流を効果的に抑制することができる。なお、駆動信号の共振周波数が高くなるにつれて、圧電素子１５、１６の振動に寄与しない電流、すなわち図４（ｃ）の斜線部の電流は少なくなるが、このような共振周波数の高い駆動信号についても本実施形態のようにデューティ比を制御することにより、無効な電流を抑制できることは言うまでもない。
（３）電源容量検出部７で検出された電池の残容量が所定閾値未満である場合に、上記のような駆動信号ｖ１、ｖ２のデューティ比を制御するようにしたので、電池の残容量が少ないときに異物除去処理を実施した場合でも、異物除去処理に要する電力消費を最小限に抑えることができる。
（変形形態）

以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明は以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）図４（ｃ）に示すように、駆動信号ｖ１、ｖ２において、圧電素子１５、１６の振動に寄与しない信号成分をすべて削減するのではなく、そのうちの少なくとも一部を削減するようにしてもよい。
（２）駆動信号ｖ１、ｖ２は矩形波信号に限らず、のこぎり波信号や三角波信号であってもよい。
（３）駆動信号生成部１０は、デジタル回路に限らず、アナログ回路で構成することもできる。
（４）図1に示すように、本実施形態の駆動信号制御部９は、カメラ制御部８に備えられているが、これら構成の配置はこれに限定されるものではない。例えば、駆動信号制御部９をカメラ制御部８の外に配置して、カメラ制御部８から制御するようにしてもよい。この場合、駆動信号制御部９と駆動信号生成部１０とを合わせて1ユニットとしてもよい。

また、上記実施形態及び変形形態は適宜に組み合わせて用いることができるが、各実施形態の構成は図示と説明により明らかであるため、詳細な説明を省略する。さらに、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：カメラ、２：撮像部、３：画像データ処理部、４：記録部、５：操作部、６：メモリ、７：電源容量検出部、８：カメラ制御部、９：駆動信号制御部、１０：駆動信号生成部、１１：圧電素子駆動部、１２：撮像素子、１３：光学部材、１４：振動ユニット、１５、１６：圧電素子、１７、１８：フレキシブルプリント基板、１９：周波数生成部、２０：デューティ比変更部、２１：スイッチング回路、２３、２４：スイッチング素子、２５：昇圧回路、２６：トランス

Claims

被写体像を光電変換面で光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子の前記光電変換面側に位置する光学部材と、
前記光学部材を振動させる振動素子と、
所定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段で生成された前記駆動信号に基づいて電源電圧を昇圧し、前記振動素子を振動させるための交番電圧を前記振動素子に出力する振動素子駆動手段と、
前記振動素子駆動手段において、前記振動素子の振動に寄与しない電流が流れないように、前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号のデューティ比を制御する駆動信号制御手段と、
を備え、
前記駆動信号制御手段は、
前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号のうち、低周波数の駆動信号に対してデューティ比を制御すること、
を特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記駆動信号制御手段は、
前記駆動信号生成手段で生成される駆動信号において、前記振動素子の振動に寄与しない信号成分の少なくとも一部を削減することにより、前記駆動信号のデューティ比を制御すること、
を特徴とする撮像装置。
請求項１又は２に記載の撮像装置であって、
前記駆動信号生成手段で生成される前記駆動信号は矩形波信号であること、
を特徴とする撮像装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
電池の残容量を検出する電池容量検出手段を備え、
前記駆動信号制御手段は、
前記電池容量検出手段により検出された電池の残容量が所定閾値未満である場合に、前記駆動信号のデューティ比を制御すること、
を特徴とする撮像装置。